PLC在材料自动分拣系统中的应用

付 伟

FU Wei

（柳州职业技术学院，柳州 545002）

0 引言

随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。针对上述问题，利用 PLC 技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了较好的控制效果。

物料分拣采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求。特别是对现有材料分拣企业中，对不同重量的材料进行分拣成为很多企业需要解决的问题，本文设计了一套基于PLC的材料分拣系统，可以有效的解决该问题。

1 材料分拣装置工作原理

图1为本分拣装置的结构示意图。

图1中，SBW为气缸回程限位，SFW为气缸动作限位，SA/SB/SC/SD为压力传感器（测量不同材料的质量），SN下料传感器。本材料分

图1 材料分拣装置结构示意图

拣系统[1]输入电压：AC200～240V（带保护地三芯插座）、消耗功率：250W、环境温度范围：-5℃～40℃、气源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa。它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。选用压力传感器对不同材料进行测量，压力传感器固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。

系统上电后，可编程序控制器首先控制启动输送带，下料传感器SN检测料槽有无物料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止等待下料；当料槽有料时，下料传感器输出信号给 PLC，PLC 控制输送带继续运转，同时控制气动阀5进行下料，每次下料时间间隔可以进行调整。物料传感器 SA/SB/SC/SD为压力传感器，主要测量不同材料的重量，本系统设计为当材料重量0.1-1Kg时，反馈信号送 PLC，由 PLC 控制气动阀1动作选出该物料；当检测出物料重量为1-2Kg时，反馈信号送 PLC, PLC控制气动阀2动作选出该物料；当检测出物料重量为2-3Kg时，反馈信号送 PLC,PLC控制气动阀3动作选出该物料；当检测出物料重量为3-4Kg时，反馈信号送 PLC, PLC控制气动阀4动作选出该物料。

2 材料分拣装置硬件设计

PLC控制系统的硬件设计，主要是根据被控制对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的PLC类型[2]，并分配I/O点。

该材料自动分拣系统硬件结构框图，如图2所示。

图2 材料自动分拣系统硬件结构框图

根据控制要求，输入应该有2个开关信号，6个传感器信号，包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器、备用传感器，以及检测下料的传感器和计数传感器。相应地，有5个汽缸运动位置信号，每个汽缸有动作限位和回位限位，共计10个信号。输出包括控制电动机运行的接触器，以及5个控制汽缸动作的电磁阀。共需I/O点22个，其中18个输入，6个输出。根据上面所确定的I/O点数，且该材料分拣装置的控制为开关量控制。因此，选择一般的小型机即可满足控制要求。本系统选用三菱公司的FX2N系列FX2N-48MR型PLC。它有24个输入点，24个输出点，满足本系统的要求。

传感器是一种吸收或者提取、转换和传送信息的器件。力的测试方法分为两种：一种是直接比较法，即把待测力与基准量进行比较，这种方法简单易行，并且可以获得较高精度，但是却只适合力的静态测量；另一种方法就是用间接比较法，将待测力通过力传感器转换为其他物理量，然后进行信号的处理以及模数转换，这种尤其适合动态检测。

在传感器的选用方面必须要灵敏度好，且能满足我们的测量要求，因而选用了北京瑞利威尔科技发展有限公司研制的RL-BK-3型拉压力传感器。它采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉、压输出对称性好，精度高，量程范围广，结构紧凑，安装使用方便。广泛用于机电结合秤、吊钩秤、料斗秤、包装秤等各种测力、称重系统。

其外形尺寸图如图3所示。

图3 BK-3压力传感器外形尺寸图

其主要技术指标包括：

灵敏度：1～ 2mV/V；直线性：0.05%F ·S；重复性：0.05%F ·S

滞后：0.05%F ·S；工作温度：-10℃～+60℃；允许过负荷：120%F ·S

根据所选择的PLC型号，对本系统中PLC的输入输出端子进行分配[3]，系统的I/O点设置以及PLC的输入输出接线端子图如图4所示。

图4 系统PLC输入输出接线端子图

3 材料分拣装置软件设计

根据系统生产工艺的要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序[4]，可画出程序流程图，如图5所示。

图5 控制系统流程图

该系统可选择连续或单次运行工作状态。若为连续运行状态，则系统软件设计流程图中的汽缸4 动作后，程序再转到开始；若为单次运行，则汽缸4 动作后停机。如果需要，该系统可在分拣的同时对分拣的材料进行数量的统计，这只需在各汽缸动作的同时累计即可。应用高速计数器编制程序，可以实现系统的定位控制功能。用高速计数器计数步进电机转过的圈数，来确定物料到达传感器的距离，实现定位功能。定位时，电机停转，计数器清零，传感器开始工作，对物料进行分拣处理。在汽缸1～3动作后，电机重新运行，高速计数器也重新计数。如果相应的传感器没有检测到物体，则电机重新运行，高速计数器也重新计数，继续运行到下一位置。

4 结束语

本系统采用三菱公司的可编程控制器FX2N-48MR设计了一套材料自动分拣系统，结合压力传感器，对材料的重量进行检测，根据材料的重量进行分拣，具有广泛的应用前景。物料分拣采用可编程控制器PLC进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。

[1] 张万忠. 可编程控制器应用技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005.

[2] 蒋少茵. 材料分拣装置的可编程控制系统设计[J]. 华侨大学学报(自然科学版), 2005, 26(4).

[3] Z周天沛. PLC在材料自动分拣系统中的应用[J]. 工业控制计算机, 2009. 22(5).

[4] 张有东, 等. PLC材料自动分拣系统的研究[J]. 煤炭技术,2002. 21(7).